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1、第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析本章教学内容本章教学内容机构的组成机构的组成机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制机构自由度的计算及注机构自由度的计算及注意事项意事项机构的组成原理及结构机构的组成原理及结构分析分析本章基本要求本章基本要求 1.了了解解机机构构的的组组成成，搞搞清清运运动动副副、运运动动链链、自自由由度等概念；度等概念；2.能能绘绘制制常常用用机机构构的的机机构构运动简图；运动简图；3.能能计计算算平平面面机机构构的的自自由由度；度；4.对对平平面面机机构构组组成成的的基基本本原理有所了解。原理有所了解。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析本章难点
2、本章难点本章重点本章重点运动副和运动链的概念；运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘制；机构运动简图的绘制；机构具有确定运动的条件；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算机构自由度的计算。机构自由度计算中有关机构自由度计算中有关虚约束虚约束的识别及处理。的识别及处理。2-1 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的2-2 2-2 机构的组成机构的组成一、基本概念一、基本概念 1.零件零件(Element)最小的制造单元最小的制造单元(组成机器最基本的、不组成机器最基本的、不可再拆分的单元可再拆分的单元)。2.构件构件(Member)最小的独立运动单元。最小的独立运动单元。从运动角度讲
3、，构从运动角度讲，构件是一个刚体。件是一个刚体。注意：注意：零件是从制造加工角度提出的最小单元概念；构件则是从运动和功能实现角度提出的最小单元概念；构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接。3.运动副运动副(Kinematic Pair)由两构件组成的可动联接。由两构件组成的可动联接。(使两构件直接接触，又能产生一定的相对运动的联接使两构件直接接触，又能产生一定的相对运动的联接)。运动副元素运动副元素两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。(构成运动副的点、线、面构成运动副的点、线、面)。4.运动链运动链(Kinematic Chain)两个以上的
4、构件通过运动副的两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统联接而构成的系统。v按照几何形状是否封闭，可以按照几何形状是否封闭，可以分为分为开链开链和和闭链闭链：闭链闭链:指运动链的各构件构成首尾指运动链的各构件构成首尾封闭的系统。封闭的系统。开链开链:指运动链的各构件未构成首指运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。尾封闭的系统。v按照按照各构件间的相对运动各构件间的相对运动可分可分为为平面运动链平面运动链平面运动链平面运动链和和空间运动链空间运动链空间运动链空间运动链：平面运动链平面运动链:各构件间的相对运动各构件间的相对运动为平面运动的运动链。为平面运动的运动链。空间运动链空间运动链:各构件间
5、的相对运动各构件间的相对运动为空间运动的运动链。为空间运动的运动链。5.自由度自由度(Degree of Freedom)构件所具有的独立运动个数构件所具有的独立运动个数。6个个平面自由构件：平面自由构件：3个个例：在例：在XOY平面，移动平面，移动X、Y；转动；转动Z 移动：移动：X、Y、Z；转动：；转动：X、Y、Z构构件件1 1相相对对构构件件2 2在在空空间间有有6 6个个独独立立的的相相对对运运动动，因因此此构构件件1 1相对相对2 2有有6 6个自由度。个自由度。6.约约束束(Constrain)对对自自由由度度的的限制个数限制个数。自自由由度度和和约约束束之之和和应应为为6 6。运
6、运动动副副为为活活动动联联接接，所所以以引引入入的的约约束束数数目目最最多多为为5 5个个，而而剩剩下下的的自自由由度度最最少为少为1个。个。自由度自由度15；约束；约束15。空间自由构件：空间自由构件：二、运动副的分类二、运动副的分类 1.按运动副接触形式分按运动副接触形式分 低副低副高副高副运运动动副副两构件通过两构件通过点或线接触点或线接触而构成的运动而构成的运动副。副。凸轮机构两构件通过两构件通过面接触面接触而构成的运动副。而构成的运动副。2.按构成运动副的两构件的相对运动分按构成运动副的两构件的相对运动分转动副转动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为转动转动转动转动移动副
7、移动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为移动移动移动移动螺旋副：螺旋副：螺旋运动球面副：球面副：球面运动移动副移动副转动副转动副螺旋副：螺旋副：螺旋运动球面副：球面副：球面运动螺旋副螺旋副球面副球面副3.按相对运动平面分按相对运动平面分平面运动副平面运动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为平面运动平面运动平面运动平面运动空间运动副空间运动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为空间运动空间运动空间运动空间运动平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副4.按引入的约束数分按引入的约束数分X X级运动副级运动副指引入指引入X X个约束的运动副。个约束的运动副。级副、级
8、副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副级副X X级运动副级运动副引入引入X X个约束个约束转动副转动副移动副移动副级副级副螺旋副螺旋副球面副球面副级副级副级副级副齿轮高副齿轮高副级副级副凸轮高副凸轮高副 常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束引入约束：引入约束：自自 由由 度度：平面平面I级副级副2个个1个个引入约束：引入约束：自自 由由 度度：平面平面II级副级副2个个1个个2个个1个个平面平面II级副级副平面低副平面低副转动副转动副移动副移动副211212xy12xy平面高副平面高副齿轮
9、副齿轮副凸轮副凸轮副三、由基本概念看机构的组成三、由基本概念看机构的组成焊焊接接铆铆接接螺螺栓栓联联接接键键联联接接控控制制单单元元辅辅助助系系统统固定固定联接联接可动可动联接联接机机架架原原动动件件高高副副低低副副移动副移动副 转动副转动副1.1.运动运动链成为机构的条件链成为机构的条件1）将将运运动动链链中中的的一一个个构构件件固定为机架；固定为机架；2）必须有原动件。）必须有原动件。1234ABCD机架机架原动件原动件机架机架机构中作为参考系的构件。机构中作为参考系的构件。原动件原动件机构中按给定的运动规律机构中按给定的运动规律独立运动的构件。独立运动的构件。从动件从动件机构其余活动构件
10、。机构其余活动构件。2.机构中构件的类型机构中构件的类型3.机构的分类机构的分类 平面机构平面机构组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。空间机构空间机构组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。2-3 2-3 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图为什么要画机为什么要画机构运动简图？构运动简图？机机构构的的真真实实运运动动仅仅与与机机构构中中的的运运动动副副的的机机构构情情况况（转转动动副副、移移动动副副及及高高副副等等）和和机机构构的的运运动动尺尺寸寸（由由各各运运动动副副的的相相对对位位置置确确定的尺
11、寸）有关，而定的尺寸）有关，而与机构的外形尺寸等因素无关。与机构的外形尺寸等因素无关。机机构构的的示示意意图图：指指为为了了表表明明机机构构结结构构状状况况,不不要要求求严严格格地地按按比例而绘制的简图。比例而绘制的简图。机机构构运运动动简简图图：指指根根据据机机构构的的运运动动尺尺寸寸,按按一一定定的的比比例例尺尺定定出出各各运运动动副副的的位位置置,并并用用国国标标规规定定的的简简单单线线条条和和符符号号代代表表构构件件和和运运动动副副，绘绘制制出表示机构运动关系的简明图形。出表示机构运动关系的简明图形。机构示意图机构示意图常用运动副和构件的表示方法常用运动副和构件的表示方法常见运动副符号
12、的表示常见运动副符号的表示:国标国标GB446084详见教材详见教材常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副12122121平平面面运运动动副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212122112构件的表示方法构件的表示方法一一般般构构件件的的表表示示方方法法常常用用机机构构运运动动简简图图符符号号 机构运动简图的绘制步骤机构
13、运动简图的绘制步骤1）分分析析机机构构运运动动，定定出出原原动动部部分分、工工作作部部分分，搞搞清清运运动动的的传传递递路路线。线。2）恰当选择投影面）恰当选择投影面 3）适当选择比例尺）适当选择比例尺 4）画图。）画图。现以颚式破碎机颚式破碎机为例，具体说明机构运动简图的绘制步骤。机构运动简图机构运动简图应满足的条件：应满足的条件：1.构件数目与实际相同构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。分分析析：该该机机构构有有6 6个个构构件件和和7 7个转动副
14、。个转动副。13452FO6CBDEA偏心轮机构偏心轮机构绘制运动副时注意事项绘制运动副时注意事项1)1)绘绘制制转转动动副副时时，转转动动副副的的位位置置是是关关键键：代代表表转转动动副副小小圆圆的的圆圆心心必必须须与与回回转转中中心心重重合合；两两个个转转动动副副中中心心连连线线的的长长度度一定要精确。一定要精确。偏偏心心轮轮和和圆圆弧弧形形滑滑块块是是转转动动副副的的特特殊殊形形式式。它它们们的的绘绘制制是是易易错错点点。绘绘制制时时关关键键是是要要找找出出相相对转动中心。对转动中心。2)2)绘绘制制移移动动副副时时，导导路路的的方方向向和和位位置置是是关关键键。必必须须注注意意：代代表
15、表移移动动副副的的滑滑块块，其其导导路路的的方方向向必必须须与与相相对对移移动动的的方方向向一一致致；转转动动副副到到移移动动副副导导路路间间的的距离要精确。距离要精确。:1.1.分分析析机机构构的的组组成成及及运运动动情情况况，确确定定机机构构中中的的机机架架、原原动动部部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。2.2.循循着着运运动动传传递递的的路路线线，逐逐一一分分析析每每两两个个构构件件间间相相对对运运动动的的性质，确定运动副的类型和数目性质，确定运动副的类型和数目;3.3.恰恰当当地地选选择择投投影影面面：一一般般选选择择与与机机械械的
16、的多多数数构构件件的的运运动动平平面相平行的平面作为投影面。面相平行的平面作为投影面。4.4.选选择择适适当当的的比比例例尺尺,定定出出各各运运动动副副之之间间的的相相对对位位置置，用用规规定的简单线条和各种运动副符号定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。将机构运动简图画出来。小结：小结：2-4 平面机构自由度的计算F=3n2plph 式中：F机构的自由度 n 活动构件数 pl低副数 ph高副数 2-5机构具有确定相对运动的条件机构的原动件数=机构的自由度如原动件数 构的自由度,则机构中最薄弱的环节将损坏yx2-5平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算作作平平面面运运动动的的刚刚体体在在空空间间的的位位置置需需要要三三个个独立的参数（独立的参数（x，y,）才能唯一确定。）才能唯一确定。yx(x,y)F=3F=3单个自由平面构件的自由度为单个自由平面构件的自由度为 3 3yx12S12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2经经运运动动副副相相联联后后，由由于于有有约约束束，构构件件自自由由度会有变化：度会有变化：yxyx12S12xy12R=2,F=1R=2,
